钢管混凝土轴心受压构件早龄期徐变研究

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1、钢管混凝土轴心受压构件早龄期徐变研究1绪论1.1研究背景和意义由于钢管混凝土拱桥具有自重轻、强度高、初性好等突出优点，使得钢管混凝土在桥梁、高层建筑、工业厂房等结构中得到日益广泛的应用。随着钢管混凝土结构的应用和发展，其重要的长期性能一徐变导致的问题逐渐突显出来。近年来，我国已经积累了丰富的钢管混凝土结构和设计经验，也开展了大量的研究工作，对钢管混凝土的徐变问题的认识也越来越深刻。然而，对于钢管混凝土早龄期徐变问题还没有受到关注。在钢管混凝土结构中，钢管既作为结构的主体受力部分，又作为核心混凝土晓筑的模板，这使核心混凝土形成强度时即开始参与承受荷载，加之钢

2、管影响核心混凝土的变形，钢管混凝土早龄期徐变问题具有自身的特点：1)核心混凝土处于粘弹性状态，强度和弹性模量均处于快速发展阶段，徐变计算时应考虑强度和弹性模量的变化；2)水化程度较低的核心混凝土不仅承受水化热导致的温度应力，同时还会承受自重荷载，混凝土承担着相对于自身强度较大的应力，需采用非线性徐变模型进行描述；3)钢管与核心混凝土之间应力分布动态特征明显。钢管承担主要的结构初始内力，核心混凝土承担较小部分内力，早期核心混凝土快速水化，混凝土强度跟弹性模量快速发展，使得钢管的内力逐渐向核心混凝土转移，之后核心混凝土发生徐变，内力又逐步由核心混凝土同钢管转移

3、；4)早龄期钢管混凝土变形的过程复杂。早龄期核心混凝土的快速水化，使得弹性模量快速发展的同时，截面刚度也不断提高，结构在初始变形的基础上会有一定的反弹，变形反弹量与徐变变形親合，计算时需要考虑钢管弹性模量与不断增长的核心混凝土弹性模量的相对值。在钢管混凝土拱桥的设计与施工过程中，钢管混凝土的早龄期徐变产生的影响是不容忽视的。关注与解决钢管混凝土的早龄期问题具有重要意义。研究钢管混凝土轴心受压构件早龄期徐变问题是研究钢管混凝土结构早龄期徐变问题的基础，不同加载龄期、加载方式的徐变规律将帮助我们完善钢一混凝土组合结构变形的协调关系，并更好地分析施工阶段钢管混凝

4、土结构受到混凝土徐变对于结构后期的各项性能的影响。.1.2研究现状本文重点研究的是龄期为7天之前的钢管混凝土徐变性能的变化。早期水泥的快速水化使得混凝土的力学性能和内部微观结构都产生了较大的改变。由于早龄期混凝土的快速水化，使得混凝土内部产生较大的水化热以及很明显的自干燥现象，这些原因都可能导致混凝土内部产生较大的破坏，从而影响混凝土的长期性能。应力状态下早龄期核心混凝土强度和弹性模量发展对分析早龄期钢管混凝土力学性能非常重要，早龄期混凝土的力学性能在很大程度上决定了整个工程的进度和质量。现实情况是，钢管混凝土结构中管内混凝土在较早的龄期就开始承受一定的外

5、加荷载，我们必须了解研究管内混凝土的早龄期徐徐变特性，才能采用一些相应方法来确定混凝土长期徐变性能对拱桥结构的各项性能的影响。对于素混凝土的早期徐变，近些年来逐渐受到关注，国内外研究人员都有一些研究。理论上，混凝土的徐变可分为拉伸徐变与压缩徐变，但通常情况下，我们认为混凝土的拉伸徐变与压缩徐变的模型是通用的，由于相比早龄期压缩试验，拉伸徐变试验有较高的可控制性与研究意义。研究人员大部分都研究早期混凝土的拉伸徐变来研究各种混凝土的早期徐变性能:1999年K.Kovler等对高强混凝土早期进行了拉伸徐变试验研究，试验得出，掺有桂粉的混凝土早龄期徐变量较普通混凝

6、土大⑴；2001年S.A.Altoubat与D.A.Lange分别对普通混凝土与高强混凝土，素混凝土与钢纤维混凝土做了一系列对比试验，试验表明，钢纤维强化会引起普通混凝土的早龄期总拉伸徐变的轻微的增大，同时有效的延缓了早期裂缝的开展。2核心混凝土早龄期徐变模型2.1水化动力学水泥水化是多项组份共同作用、相互影响的复杂变化过程。整个过程受到界面化学反应、扩散控制反应及水化产物成核与生长反应等多种动力学行为的控制，很难建立一套直接用于描述水泥水化完整过程的动力学模型。水泥基材料的水化过程根据水泥水化放热特性一般划可分为5个阶段快速反应期，对应着放热速率曲线上的

7、第一个放热峰；诱导期（静止期），水化反应相对不活拨；加速期和减速期，这两个阶段构成了放热速率曲线上的第二个放热峰；衰退（结束）期，放热速率随着时间的发展逐渐趋近于零。水化动力学模型是在研究水泥基材料水化过程随时间发展规律的基础上，得到的表征水泥水化发展规律的理论模型目前对于水化动力学模型的研究己经比较成熟，当前所采用的水泥水化反应的动力学模型多为Krstulovic-Dabic模型。水泥水化过程中，液相反应物通过产物层向未水化颗粒表面不断扩散是水化反应继续进行的根本原因。若进一步假设产物内外层的浓度差为AC，液相通过产物层的扩散系数为D。那么根据扩散理论，

8、反应速率与扩散系数及浓度差成正比。..2.2混凝土早龄期徐变簇模型